Χρήση NDVI και OSAVI για την παρακολούθηση της υγείας του Rangeland
Καθώς η ζήτηση για γεωργία αυξάνεται, οι διαχειριστές λιβαδιών είναι επιφορτισμένοι με το έργο της διαχείρισης μεγαλύτερων και πιο περίπλοκων εργασιών. Ωστόσο, πολλά λιβάδια (ειδικά σε πολιτείες με κτηνοτροφική γεωργία όπως το Τέξας) είναι συχνά πολύ μεγάλες και απρόσιτες για να εκτιμηθεί και να παρακολουθηθεί η υγεία της βλάστησης με το χέρι. Τις τελευταίες δεκαετίες, από τότε που οι δορυφορικές εικόνες έγιναν τακτικά διαθέσιμες, οι διαχειριστές λιβαδιών έχουν στραφεί σε μεθόδους τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση της φυτικής βιομάζας και της υγείας.
Το ηλιακό φως που φτάνει στην επιφάνεια του πλανήτη μας φτάνει ως ένα φάσμα φωτός με ποικίλα μήκη κύματος. Η απορρόφηση ή η ανάκλαση του υλικού που χτυπά το φως του ήλιου (π.χ. τα φύλλα σε ένα δέντρο) μας δίνει το αντιληπτό χρώμα του, αφού οι άνθρωποι μπορούν να δουν μόνο ένα πολύ μικρό μέρος του πλήρους φάσματος φωτός (Εικ. 1). Για παράδειγμα, η χλωροφύλλη, το φωτοσυνθετικό υλικό στα φυτά, απορροφά το μεγαλύτερο μέρος του κόκκινου και μπλε φωτός στο ορατό φάσμα, κάνοντας τα φυτά να φαίνονται πράσινα.
Οι δείκτες βλάστησης χρησιμοποιούν αναλογίες ανάκλασης σε καθορισμένα εύρη φασματικών μηκών κύματος (ή ζώνες) μιας δορυφορικής εικόνας για να παρέχουν έναν δείκτη για τη φυτική βιομάζα (π.χ. Δείκτης Φύλλων Επιφάνειας [LAI]) σε μια τοποθεσία. Οι δείκτες βλάστησης (VI) παρέχουν στους διαχειριστές λιβαδιών ακριβείς εκτιμήσεις της φυτικής βιομάζας, της υγείας των φυτών και των αλλαγών σε κλίμακα τοπίου σε μεγάλες ή δυσπρόσιτες περιοχές με σχετικά μικρή προσπάθεια.
Ο Δείκτης Κανονικής Διαφοράς Βλάστησης (NDVI) είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος δείκτης βλάστησης για την αναπαράσταση της μόνιμης φυτικής βιομάζας σε χερσαία συστήματα. Αυτός ο δείκτης χρησιμοποιεί τιμές επιφανειακής ανάκλασης στην περιοχή μήκους κύματος κοντά στο υπέρυθρο (NIR) και στο κόκκινο, όπου η χλωροφύλλη απορροφά το μεγαλύτερο μέρος της φωτεινής ενέργειας που είναι απαραίτητη για τη φωτοσύνθεση. Ωστόσο, λόγω του γυμνού εδάφους σε ξηρά και ημίξηρα λιβάδια, οι εκτιμήσεις NDVI είναι συχνά λιγότερο ακριβείς λόγω της παρεμβολής της ανάκλασης του εδάφους του υποβάθρου. Περιοχές με ξηρά, αμμώδη εδάφη σε συνδυασμό με αραιή βλάστηση δημιουργούν υψηλές τιμές ανάκλασης της επιφάνειας και παράγουν μεροληπτικές εκτιμήσεις για τη βιομάζα και την κάλυψη της βλάστησης. Ένας νεότερος VI, ο Optimized Soil Adjusted Vegetation Index (OSAVI), προσαρμόζεται σε υψηλή ανακλαστικότητα του εδάφους και προσαρμόζει την αναλογία NIR και κόκκινης ανάκλασης ενσωματώνοντας μια σταθερά ανάκλασης φόντου.
Αξιολογήσαμε την ακρίβεια της βλαστικής βιομάζας και τις εκτιμήσεις κάλυψης (γυμνό έδαφος, ποώδες και ξυλώδες) των NDVI και OSAVI σε μια ημίξηρο λιβάδι στο νότιο Τέξας. Η περιοχή έρευνας και επίδειξης βόσκησης Coloraditas (CGRDA) είναι ένας βοσκότοπος 7684 εκταρίων που βρίσκεται στο βόρειο άκρο του San Antonio Viejo Ranch (SAV) του East Foundation (Εικ. 2). Αυτό είναι ένα από τα έξι ακίνητα του East Foundation που διαχειρίζονται από κοινού για να υποστηρίξουν τη διατήρηση της άγριας ζωής και άλλα δημόσια οφέλη της εκτροφής βοοειδών και της ιδιωτικής διαχείρισης γης. Αυτή η ιδιότητα είναι σε μεγάλο βαθμό αντιπροσωπευτική των ημι-άνυδρων λιβαδιών του νότιου Τέξας και κυριαρχείται από χαμηλής ανάπτυξης ξυλώδη φυτά, αραιή ποώδη βλάστηση, πυκνούς θάμνους (π. ) και κάκτοι (Τέξας φραγκόσυκο, χριστουγεννιάτικος κάκτος).
Ταξινομήσαμε εικόνες τηλεπισκόπησης (Landsat 8-OLI) που αποκτήθηκαν το καλοκαίρι του 2015 και του 2016, μαζί με το NDVI ή το OSAVI, για να δημιουργήσουμε εκτιμήσεις για κάθε κατηγορία φυτικής κάλυψης (Εικ. 3). Αυτές οι χρονικές περίοδοι συνέπεσαν με την έναρξη ενός πειράματος βόσκησης βοοειδών (Δεκέμβριος 2015) στο οποίο κάθε βοσκότοπος του CGRDA αντιμετωπίστηκε με ποικίλες εντάσεις βόσκησης (δηλαδή, ποσοστά εκτροφής ζώων). Συγκρίναμε αυτές τις εξ αποστάσεως εκτιμήσεις με αυτές που παρέχονται από παραδοσιακές έρευνες βλάστησης εδάφους. Συγκρίναμε επίσης την ακρίβεια ταξινόμησης (Μέγιστη πιθανότητα) των εικόνων που στοιβάζονται με την αλλαγή NDVI ή OSAVI καθώς και την αλλαγή της κάλυψης της γης (%) μεταξύ των δύο ετών (πριν και μετά την έναρξη της βόσκησης των βοοειδών).
Και για τα δύο χρόνια, οι εικόνες που στοιβάζονταν με το OSAVI παρήγαγαν υψηλότερη συνολική ακρίβεια ταξινόμησης (όλες οι τάξεις φυτικής κάλυψης) από εκείνες που στοιβάζονταν με το NDVI. Οι εκτιμήσεις που προέρχονται από το OSAVI για την ποώδη και την ξυλώδη βλάστηση ήταν σημαντικά πιο παρόμοιες από τις εκτιμήσεις που προέρχονται από το NDVI με εκείνες από έρευνες εδάφους το 2015 (προ-βόσκηση). Το 2016 (μετά τη βόσκηση), οι εκτιμήσεις που προέρχονται από το OSAVI και των τριών τύπων φυτικής κάλυψης ήταν σημαντικά πιο παρόμοιες από τις εκτιμήσεις που προέρχονται από το NDVI με εκείνες από έρευνες εδάφους.
Τα αποτελέσματά μας υποδεικνύουν ότι το OSAVI είναι πιο κατάλληλος δείκτης πράσινης βιομάζας και φυτικής κάλυψης με βάση το VI σε ημίξηρες λιβαδιές, όπως το νότιο Τέξας. Και οι δύο δείκτες ήταν λιγότερο ακριβείς για την κατηγορία κάλυψης γυμνού εδάφους. Ο φασματικός προσδιορισμός του γυμνού εδάφους μπορεί να είναι δύσκολος λόγω της παρουσίας επιφανειακών οργανικών απορριμμάτων ή αποξηραμένων φυτών.
Ωστόσο, η παρακολούθηση των αλλαγών στην ποώδη ή ξυλώδη βλάστηση είναι συνήθως προτεραιότητα για τους διαχειριστές λιβαδιών. Τα δωρεάν και έγκαιρα δορυφορικά δεδομένα είναι ευρέως διαθέσιμα και τα προϊόντα τηλεπισκόπησης (όπως οι δείκτες βλάστησης) μπορούν να προσφέρουν στους διαχειριστές λιβαδιών μια ισχυρή και οικονομικά αποδοτική εναλλακτική λύση σε σχέση με τις παραδοσιακές μεθόδους έρευνας εδάφους για την παρακολούθηση της υγείας των λιβαδιών και της κάλυψης της βλάστησης με την πάροδο του χρόνου. Το OSAVI μπορεί να είναι ένα αξιόπιστο, ακριβές, χρονικά και οικονομικά αποδοτικό εργαλείο για τους οικολόγους των λιβαδιών για να ενημερώνουν τη διαχείριση και να παρακολουθούν τις αλλαγές στη βλάστηση υπό διάφορες πρακτικές διαχείρισης, όπως η βοσκή βοοειδών ή κλιματικά γεγονότα, όπως περίοδοι ξηρασίας.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Καταλληλότητα των NDVI και OSAVI ως εκτιμητές πράσινης βιομάζας και κάλυψης σε ημίξηρο λιβάδι, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Ecological Indicators. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Rachel R. Fern, Elliott A. Foxley και Michael L. Morrison από το Texas A&M University και Andrea Bruno από το East Foundation.
